Ensaio em Vazio de um Transformador Trifásico

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Ensaio em Vazio de um Transformador Trifásico
Objetivo
	O ensaio à vazio de transformadores tem como finalidade a determinação de:
Perdas no núcleo (PH + PF)
Corrente à vazio (Io)
Relação de transformação (KT)
Impedância do ramo magnetizante (Zm)
2- Introdução Teórica
	O transformador é um dispositivo importante na análise global de um sistema de energia. Sendo um componente que transfere energia de um circuito elétrico à outro, o transformador toma parte nos sistemas elétricos e eletromecânicos, seja simplesmente para isolar eletricamente os circuitos entre si, seja para ajustar a tensão de saída de um estágio do sistema à tensão de entrada do seguinte, seja para ajustar a impedância do estágio seguinte à impedância do anterior (casamento de impedância), ou para todas essas finalidades ao mesmo tempo.
	O transformador opera segundo o princípio da indução mútua entre duas (ou mais) bobinas ou circuitos indutivamente acoplados. Importante salientar que os circuitos não são ligados fisicamente, ou seja, não há conexão condutiva entre eles.
	O circuito ligado à fonte de tensão é chamado primário e o circuito no qual a carga é conectada, é denominado secundário.
CIRCUITO EQUIVALENTE
Figura 1
V1 = Tensão de suprimento aplicada ao primário (V)
r1 = Resistência do circuito primário (()
x1 = Reatância do circuito primário (()
I1 = Valor médio quadrático da corrente drenada da fonte pelo primário (A)
E1 = Tensão induzida no enrolamento primário por todo o fluxo que concatena a bobina 1 (V)
N1 = Número de espiras do enrolamento primário
Io = Corrente de magnetização (A)
Zm = Impedância do ramo magnetizante (()são que aparece nos terminais do secundário (()
r2 = Resistência do circuito secundário (()
x2 = Reatância do circuito secundário (()
I2 = Valor médio quadrático da corrente entregue pelo circuito secundário à carga ligada a seus terminais (A)E2 = Tensão induzida no enrolamento por todo o fluxona a bobina 2 (V)
N2 = Númerodo enrolamento secundmpedância da carga s tectada nos terminais do circuito secundário (().
PERDAS NO erminais do circuito secundário (().
PERDAS NO NÚCLEO (PO)
	O fluxo principal estabelecido no circuito magnético é acompanhado dos efeitos conhecidos por histerese e correntes parasitas de Foucault.
OBS.: O fluxo magnético na condição de carga ou à vazio é praticamente o mesmo.
	As perdas por histerese são dadas por:
PH = Ks . B1,6 . f
Em que:
	PH = perdas por histerese em watts por quilograma de núcleo
	Ks = coeficiente de Steimmetz (depende do material)
	f = freqüência em Hz
	B = indução (valor máximo) no núcleo.
	Estando o núcleo sujeito a um fluxo alternado, nele serão induzidas forças eletromotrizes com o conseqüente aparecimento das correntes de Foucault. O produto da resistência do circuito correspondente pelo quadrado da corrente significa um consumo de potência.
	As perdas por correntes parasitas de Foucault são dadas por:
PF = 2,2 f2 B2 d2 10-3
Em que:
	PF = perdas por correntes parasitas em watts por quilograma de núcleo
	f = freqüência em Hz
	B = indução máxima em Wb/m2
	d = espessura da chapa em mm
	Somando as duas perdas analisadas, obtemos as perdas totais no núcleo (Po)
Po = PF + PH
CORRENTE À VAZIO
	É a corrente absorvida pelo primário para suprir as perdas e para produzir o fluxo magnético. Sua ordem de grandeza é em torno de 5% da corrente nominal de enrolamento.
RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO (KT)
	É a proporção que existe entre tensão do primário e do secundário.
� EMBED Equation.3 ���
IMPEDÂNCIA DO RAMO MAGNETIZANTE (Zm)
	O ramo magnetizante é formado por uma resistência Rm (relacionada com as perdas no núcleo) e por uma reatância Xm (relacionada com a produção do fluxo principal).
	Para o cálculo de Rm e Xm considera-se um dos circuitos a seguir:
	 Figura 2				Figura 3
� EMBED Equation.3 ���
� EMBED Equation.3 ��
NOTA: O módulo da impedância do ramo magnetizante é muito maior que o módulo da impedância dos enrolamentos primário ou secundário.
Zm >> Z1 ; Zm >> Z2
3- Preparação
	3.1- Equipamento
Será utilizado, para a realização do teste em vazio, um transformador trifásico com as seguintes características:
Potência nominal (Pn): 1.5KVA
Frequência (f): 60Hz
Tensão (AT): 380Volts 	Ligação: Y
Tensão (BT): 110Volts 	Ligação: Y
Preparar portanto o seguinte material:
1 transformador trifásico;
3 amperímetros com escalas apropriadas;
1 voltímetro com escala apropriada;
2 wattímetros de escalas apropriadas;
1 varivolt trifásico.
3.2- Material
Fios para ligação;
Ponteiras para osciloscópio.
3.3- Segurança
Ligar o transformador em vazio pelo lado da baixa tensão;
Observar as escalas do amperímetro e do voltímetro para verificar se estão adequadas aos valores de corrente e tensão;
Aumentar a tensão no varivolt gradativamente até a nominal;
Verificar a tensão de alimentação dos equipamentos;
Cuidado ao manusear os fios para não provocar nenhum curto-circuito.
4- Experiência Prática
4.1- Esquema de ligação
Ligar o transformador em vazio pelo lado de baixa tensão de acordo com o esquema a seguir:
	Em seguida aplicar tensão nominal ao enrolamento de baixa tensão e coletar os seguintes dados:
V1n (V) – tensão nominal do primário lida em V1;
I01 (A) – corrente a vazio lida em A1;
I02 (A) – corrente a vazio lida em A2;
I03 (A) – corrente a vazio lida em A3;
W1 (W) – Potência lida em W1;
W2 (W) – Potência lida em W2;
VAB (V) – Tensão do enrolamento de alta entre as linhas A e B;
VBC (V) – Tensão do enrolamento de alta entre as linhas B e C;
VAC (V) – Tensão do enrolamento de alta entre as linhas A e C;
VAB (V) – Tensão do enrolamento de baixa entre as linhas A e B;
VBC (V) – Tensão do enrolamento de baixa entre as linhas B e C;
VAC (V) – Tensão do enrolamento de baixa entre as linhas A e C.
4.2- Dados Coletados
	V1n (V)
	I01 (A)
	I02 (A)
	I03 (A)
	W1 (W)
	W2 (W)
	W0 (W)
	110
	1,15
	0,6
	1,2
	105
	-92
		4,33
	V – AT
	V – BT
	VAB(V)
	VBC (V)
	VAC (V)
	VAB(V)
	VBC (V)
	VAC (V)
	379
	379
	379
	110
	110
	110
	4.3- Cálculos
	Através das fórmulas indicadas abaixo foram realizados os cálculos dos parâmetros relativos ao ensaio em vazio.
		
		
	
	cos(0
	Ip (A)
	Iq (A)
	Zm (()
	Rms (()
	Xms (()
	Rmp (()
	Xmp (()
	0,069
	0,068
	0,98
	64,54
	4,48
	64,42
	930,76
	64,74
	In-linha (A)
	In-fase (A)
	I0-fase (A)
	I0 % de In-fase (%)
	7,872
	7,872
	0,98
	15,242
5- Discussões
	
	Das três correntes obtidas no ensaio, uma teve valor discrepante em relação às outras duas, isso devido ao caminho percorrido por essas correntes em relação às bobinas do transformador. Esse caminho é mais longo e por isso há mais quedas, resultando numa corrente menor.
	Foi recomendado que o ensaio em vazio fosse realizado pelo lado de baixa tensão por duas razões:
Maior facilidade de obtenção da tensão nominal;
Maior segurança para o operador.
Registramos também três valores para a relação de transformação: KPlaca, KEnsaiado e Kn. O KPlaca é retirado dos dados de placa do transformador; o KEnsaiado é calculado dividindo-se as tensões do primário pelo secundário, tensões essas obtidas no ensaio; já o Kn é chamado também de valor teórico, é calculado dividindo-se as tensões de linha do primário pelo secundário.
Podemos ressaltar também que se ligarmos um transformador projetado para operar em 60Hz, em 50Hz, as perdas irão aumentar, pois teremos uma maior densidade de fluxo magnético. Se a densidade de fluxo magnético é maior, um transformador em 50Hz deverá ter uma área de seção transversal maior, para compensar esse aumento do fluxo. Por isso podemos dizer quequanto menor é a freqüência, maior é o transformador.
A laminação do núcleo dos transformadores reduz as perdas por correntes parasitas (Foucaut), isso porque para um núcleo compacto, a resistência magnética é muito maior do que para um núcleo laminado, assim, as perdas por histerese (que relacionam-se diretamente com a resistência magnética) num núcleo laminado diminuem drasticamente.
A corrente que circula no primário quando o transformador opera em vazio é apenas a corrente de excitção ou a vazio Io, cujo valor neste tipo de trafo é pequeno, atingindo valores de umas poucas unidades percentuais da sua corrente nominal. As quedas de tensão na resistência e na reatância do enrolamento primário são pequenas, já que elas são resultado do produto de grandezas pequenas, podendo por isso, ser desprezadas.
	Finalmente, podemos ressaltar que para o sistema de energia elétrica, é mais vantajoso que seus transformadores operem sempre no limite de sua capacidade, justamente para evitar uma corrente em vazio muito grande, provocando assim muitas perdas no sistema.
6- Conclusão
Podemos concluir que o ensaio em vazio é um importante ensaio realizado nos transformadores, pois através dele se determina a corrente em vazio e sua porcentagem da corrente nominal como também as perdas no ferro deste trafo. Estes são importantes parâmetros, pois, transformadores com valores excessivos de corrente a vazio e de perdas no ferro, não são aceitos pelas concessionárias, pois, sobrecarregam os sistemas elétricos desnecessariamente.
7- Referências Bibliográficas
AGUIAR, Adalton Lima de; CAMACHO, José Roberto - “Apostila de Laboratório de Transformadores” – UFU – Março de 2000;
CAMACHO, José Roberto – “Tratado sobre Transformadores de Potência” – UFU – Março de 2000;
PEREIRA, Renato Alves; DELAIBA, Antônio Carlos – “Apostila de Conversão de Energia – UFU – Fevereiro de 2001.
Laboratório de Transformadores
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